基于ICT效应的丙二腈类荧光探针DAPM的设计与合成及其在环境和食品样品中对ClO?的多场景检测应用

《Journal of Molecular Structure》:Design, Synthesis of Malononitrile-Based Fluorescent Probe DAPM Based on ICT Effect and Its Multiscenario Detection Applications for ClO? in Environmental and Food Samples

【字体: 时间:2026年03月24日 来源:Journal of Molecular Structure 4.7

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  高效荧光探针DAPM的研制及其在次氯酸盐检测中的应用。该探针基于ICT效应设计,具有0.779 μM的超低检测限和pH 6-10宽适用范围,成功应用于水、土壤及食品中次氯酸盐的定量检测,并开发了便携试纸和智能手机检测平台,同时利用其pH敏感性实现了虾类新鲜度分析。

  
马晓珍|李美佳|江玉良
江苏省微生物技术国家重点实验室,江苏省生物医学功能材料协同创新中心,江苏省新型动力电池重点实验室,南京师范大学化学与材料科学学院,南京210023,中国

摘要

次氯酸盐(ClO?)因其出色的消毒、杀菌和漂白性能而被广泛应用于公共场所、家庭和生产过程中。然而,过量使用次氯酸盐可能导致水体、土壤和食品受到污染,从而影响生态环境和人类健康。因此,设计和合成高效准确的ClO?荧光探针具有重要意义。在本研究中,基于分子内电荷转移(ICT)效应的调控,设计并合成了一种荧光增强的ClO?检测探针(DAPM)。该探针DAPM对ClO?具有高度特异性,灵敏度较高(检测限为0.779 μM),适用pH范围为6–10。利用其优异的性能,该探针已成功应用于水、土壤和食品样品中ClO?的准确检测,回收率在90.077%至107.444%之间。基于探针DAPM,制备了便携式试纸条和智能手机检测平台,实现ClO?的可视化、快速和定量检测。此外,利用探针DAPM的pH敏感性,还将其用于分析虾的新鲜度,展示了该探针的多样化应用。

引言

次氯酸盐(ClO?)是一种温和且高效的弱酸氧化剂,具有强杀菌活性和低刺激性。它被广泛用于公共场所的清洁和消毒,以及家庭中水果、蔬菜和鲜产品的消毒;餐具和厨房用具的杀菌和抑菌;食品加工行业中冷链运输的消毒和鲜品保鲜[[1], [2], [3], [4]]。由于其安全性和高效性,次氯酸盐已成为确保日常生活卫生和安全的重要消毒剂[5,6]。然而,意外摄入或过量摄入次氯酸盐可能对人体造成一系列损害[7,8]。例如,过量摄入会直接腐蚀口腔、食道和胃肠道的黏膜;长期食用含有过量残留次氯酸盐的食物或饮用水可能破坏肠道菌群的平衡,增加患胃肠道疾病的风险[9,10]。不规范的次氯酸盐使用还可能引发一系列生态和环境问题:含有过量次氯酸盐的废水排放到水体中会抑制水生生物的活性,破坏水生生态系统的物质循环和能量流动[11,12];过量次氯酸盐渗入土壤会破坏土壤的酸碱平衡,抑制土壤中有益微生物的代谢和繁殖[13,14]。因此,开发新型高性能的ClO?检测工具对于避免由ClO?引起的环境危害、保障生态系统稳定性和人类健康至关重要。
与传统ClO?检测方法(如电化学分析、色谱检测和滴定)[[15], [16], [17], [18]]相比,小分子荧光探针具有许多优势,包括高灵敏度、操作简便、实时动态监测、良好的生物相容性以及能够准确识别环境和生物系统中的微量目标分析物[[19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26]]。迄今为止,研究人员已设计并合成了一系列用于ClO?检测的荧光探针[27,28],其中大多数用于活体生物中ClO?的成像,仅有少数应用于食品和环境检测[[29], [30], [31], [32], [33], [34], [35]]。然而,这些探针仍存在合成繁琐、灵敏度低和响应时间长的缺点,限制了其应用范围[[36], [37], [38]]。这促使我们开发出性能更优的荧光探针,以实现环境和食品样品中ClO?的高效、快速和准确检测。
在本研究中,设计并合成了一种新型荧光探针DAPM:该探针以二甲氨基作为电子供体,马来酰亚胺结构作为电子受体,两者通过双键连接形成D-π-A结构。探针DAPM对ClO?具有高选择性和抗干扰能力,能够快速识别ClO?。它已被开发用于水、土壤和食品样品中ClO?的定量检测。基于该探针,构建了便携式试纸条和智能手机检测平台,以满足食品样品中ClO?的可视化检测需求。此外,利用探针DAPM的pH敏感性,还将其用于分析虾的新鲜度。

材料与仪器

所有化学试剂和溶剂均从商业渠道购买,均为分析级。核磁共振(NMR)光谱:1H NMR和13C NMR在AVANCE III HD AN-400 MHz NMR光谱仪(Bruker,德国)上记录。NMR光谱中的化学位移以ppm表示,偶联常数(J)以Hz表示。荧光光谱使用F-7100荧光分光光度计(Hitachi,日本)获得,PHS-3E数字pH计(LeiCi,中国)用于

探针DAPM的合成

在有机合成中,二甲氨基是一种良好的电子供体,马来酰亚胺常作为电子受体引入。我们通过Knoevenagel缩合反应设计并构建了具有D-π-A结构的探针DAPM分子,该反应在哌啶-醋酸缓冲系统中通过亲核加成和脱水形成共轭双键,触发分子内电荷转移(ICT-1)机制,使探针本身产生弱荧光[42]。根据

结论

总结来说,我们设计并合成了一种荧光增强的ClO?检测探针。探针DAPM具有低检测限、良好的特异性结合能力、强的抗干扰能力、优异的稳定性和宽广的适用pH范围,表现出优越的检测性能。探针DAPM对ClO?的检测机制通过DFT、FT-IR和ESI-MS方法得到了验证。基于其优异的性能,该探针已成功应用于

CRediT作者贡献声明

马晓珍:撰写——原始草案,概念构思。李美佳:数据管理,资源整理。江玉良:撰写——审稿与编辑,资金获取,监督,数据分析。

利益冲突

无需要声明的利益冲突。

声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。DAPM的SMILES结构为CN(C)c1ccc(/C(=C(\C#N)C#N)/C=C/c2ccc(N(C)C)cc2)cc1。

CRediT作者贡献声明

马晓珍:数据分析。 李美佳:软件处理。 江玉良:项目监督,资金获取。

利益冲突声明

我们声明与任何可能不恰当地影响我们工作的个人或组织没有财务和个人关系,对任何产品、服务及/或公司没有可能影响本文所述观点或手稿评审的专业或其他个人利益。

致谢

本工作得到了江苏省高等教育机构优先学术计划发展项目(PAPD)的财政支持。
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